Параллельный диод: 16. Параллельное и последовательное соединение диодов

16. Параллельное и последовательное соединение диодов

При выпрямлении высоких напряжений приходится соединять диоды последовательно, чтобы обратное напряжение на каждом диоде не превышало предельного. Но вследствие разброса обратных сопротивлений у различных экземпляров диодов одного и того же типа на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше предельного, что повлечёт пробой диодов.

Для того, чтобы обратное напряжение распределялось равномерно, между диодами, независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование резисторами. Сопротивления RШ резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов. Но вместе с тем RШ не должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, т.е. чтобы не ухудшилось выпрямление.

Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых ток будет больше предельного.

Уравнительные резисторы RУ подбирают экспериментально до получения в рабочем режиме одинаковых токов в диодах.

17. Применение выпрямительных диодов.

Выпрямительными называют полупроводниковые диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямление переменного тока с помощью полупроводникового диода основано на его односторонней электропроводности. Она заключается в том, что диод оказывает очень малое сопротивление току, протекающему в одном (прямом) направлении, и очень большое сопротивление току, протекающему в другом (обратном) направлении. Чем больше площадь р-n-перехода, тем большей силы ток можно через него пропускать, не опасаясь теплового пробоя и порчи диода. Поэтому в выпрямительных полупроводниковых диодах используются плоскостные р-n-переходы. Плоскостной р-n-переход получают, вводя в полупроводник р- или n-типа примеси, создающие в нем область с противоположным типом электропроводности. Примеси можно вводить путем сплавления или диффузии. Диоды с использованием р-n-переходов, полученных методом сплавления, называются сплавными, а методом диффузии — диффузионными.

Выпрямление переменного напряжения (тока) с помощью диода иллюстрируется рис. 3.9. В течение положительного полупериода входного напряжения U1 диод V включен в прямом направлении, сопротивление его мало и на нагрузке напряжение U2 практически равно входному напряжению. При отрицательном полупериоде входного напряжения диод включен в обратном направлении, его сопротивление оказывается значительно больше, чем сопротивление нагрузки, и почти все входное напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке близко к нулю. В данной схеме для получения выпрямленного напряжения используется лишь один полупериод входного напряжения, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным.

Зачем диоды подключают параллельно и последовательно | Электронные схемы

для чего соединяют диоды последовательно и параллельно

для чего соединяют диоды последовательно и параллельно

Если нет диода на высокое обратное напряжение,его можно собрать из нескольких однотипных диодов соединив их последовательно.При подключении однотипных диодов в параллель,можно сделать один диод на более высокий прямой ток.

Диод 1n4001 имеет прямой ток максимальный 1А,обратное напряжение 50В. При соединении последовательно трех таких диодов,можно сделать диод на напряжение 150В. На каждом таком диоде будет напряжение 50В,но это в идеале,в реальности характеристики диодов разные,обратное сопротивление разное,в итоге на одном диоде будет 40В,на другом 45В а на третьем 65В,что превышает допустимое напряжение на 15В и он может выйти из строя,вслед за ним выйдут из строя и другие.Чтобы равномерно распределить напряжение на диодах,для этого применяют делитель напряжения на резисторах одинакового сопротивления.Теперь напряжение на всех диодах будет одинаковое.Такие резисторы называют шунтирующими.

параллельное и последовательное соединение диодов

параллельное и последовательное соединение диодов

Из трех диодов 1n4001,можно собрать один диод на 3 Ампера.Характеристики диодов разные,и ток через диоды распределится по разному. Через диод,у которого меньше сопротивление,будет протекать больший ток,чем через остальные диоды и диод может выйти из строя.Чтобы равномерно распределить ток,применяют резисторы на небольшое сопротивление подключенных последовательно каждому диоду.

«краш-тест» диода 1n4007

«краш-тест» диода 1n4007

Решил испытать один диод 1n4001,пропустив через него ток 1.7А,что больше допустимого на 70%.Диод сильно греется,но ток держит,по крайней мере секунд 15.Потом соединил три таких диода в параллель без резисторов и пропустил ток 2А. Диоды держат ток,нагрев ощутимо распределяется равномерно.Ни один из трех диодов сильно не нагревается.

Параллельное соединение — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Параллельное соединение — диод

Cтраница 1


Параллельное соединение диодов применяют в случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости их вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых диодах ток окажется больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных диодов может составлять десятки процентов.  [2]

Параллельное соединение диодов возможно без специального подбора. В этом случае последовательно с каждым диодом необходимо включать дополнительное сопротивление величиной не менее 3 ом. Допустимый выпрямленный ток при этом равен сумме номинальных токов отдельных диодов.  [3]

Допускается параллельное соединение диодов одной группы. Последовательное соединение диодов может прэнзводйться без их подбора по параметрам; при этом каждый диод шунтируют выравнивающей емкостью.  [4]

Допускается параллельное соединение диодов одной группы. Последовательное соединение диодов может производиться без их подбора по параметрам; при этом каждый диод шунтируют выравнивающей емкостью.  [6]

Допускается параллельное соединение диодов при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току. Допускается последовательное соединение диодов при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превышает допустимого значения.  [7]

Поэтому параллельное соединение диодов, увеличивающее общий прямой ток, за редким исключением, не применяется на практике. Если несколько диодов включены параллельно, то общий прямой ток возрастает.  [8]

Допускается параллельное соединение диодов при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току. Допускается последовательное соединение диодов при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превышает допустимого значения.  [9]

Допускается параллельное соединение диодов без добавочных резисторов, а также последовательное соединение, при котором рекомендуется каждый диод шунтировать выравнивающим конденсатором.  [10]

Допускается параллельное соединение диодов

при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току, а также последовательное соединение при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превысит допустимого значения.  [11]

Допускается параллельное соединение диодов при условии, обеспечивающем исключение перегрузок любого параллельно подключенного диода по максимально допустимому прямому току.  [12]

Допускается параллельное соединение диодов при условии обеспечения отсутствия перегрузки диодов по прямому току. Допускается последовательное соединение диодов при условии, что обратное напряжение на каждом диоде не превышает допустимого значения.  [13]

При параллельном соединении диодов необходимо после каждого из них включать последовательно сопротивление в 10 — 50 ом.  [14]

При параллельном соединении диодов последовательно с каждым из них необходимо включать сопротивление в 5 — 8 ом.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Параллельное соединение выпрямительных диодов

Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания. Выпрямительные диоды всегда плоскостные, они могут быть германиевые или кремниевые. Германиевые диоды лучше кремниевых тем, что имеют меньшее прямое падение напряжения. Кремниевые диоды превосходят германиевые по диапазону рабочих температур,по максимально допустимому обратному напряжению, а также имеют меньший обратный ток. Если выпрямленный ток больше максимально допустимого прямого тока диода, то допускается параллельное включение диодов.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ЗАЩИТА ДЛЯ ДИОДА Как Делать и Зачем

Последовательное соединение диодов


Параллельное соединение источников питания. Современные способы применения импульсных источников питания ИП могут потребовать использования нескольких ИП в параллельной конфигурации. Параллельное соединение ИП для увеличения требуемой мощности может быть использовано там, где:. Теоретически, в режиме увеличения мощности могут использоваться любые типы ИП, но на практике такой результат не всегда бывает удовлетворительным.

Многие поставщики говорят о том, что их ИП допускают параллельное соединение, независимо от вариантов применения.

Это не всегда справедливо. Идеально, для параллельного соединения различных ИП, они должны иметь идентичные выходные импедансы и максимально одинаковые выходные напряжения. Это не гарантируется с течением времени из-за нормального разброса выходных параметров и естественного старения. Кроме того, во время переходных режимов например, запуск, перегрузка, короткое замыкание и т. Несбалансированные токи могут привести к преждевременному старению наиболее напряженных элементов, что отрицательно отразится на надежности всей системы.

Для того чтобы свести к минимуму паразитные токи между ИП, которые соединены параллельно, предлагаются следующие технические решения:. Специализированная шина распределения нагрузки LSB. Это решение использует коммуникационную шину, соединяющую параллельно-включённые ИП. Специфические алгоритмы регулирования SRA. Это решение, относительно дешевое, не нуждается в какой-либо коммуникационной шине и позволяет достичь хорошего естественного баланса тока между различными ИП.

В этой конфигурации может использоваться любой ИП, но рекомендуется провести тест. Резервирование необходимо для повышения надёжности системы питания. Идея концепции резервирования заключается в том, чтобы обеспечить необходимое питание системы в случае аварии, то есть номинальный ток всей системы должен оставаться доступным в любой ситуации. Это означает, что суммарный ток должен быть обеспечен несколькими ИП. Для реализации надежной системы резервирования, выходы всех источников питания должны быть подключенных параллельно и развязаны с помощью диодов или МОП-транзисторов ORing резервирование.

Это необходимо, чтобы отказ одного из устройств не привёл к возникновению неисправности или короткого замыкания для других устройств. Для различных приложений может потребоваться использование нескольких ИП с последовательным соединением SC их выходов.

ИП в последовательной конфигурации могут использоваться в основном для достижения необходимого уровня напряжения или мощности, недоступных для стандартных блоков. Теоретически любые 2 или более ИП могут быть соединены последовательно, независимо от их выходных напряжений. Однако внимание этому должно быть уделено в любом случае. Несмотря на широкое использование параллельного соединения ИП, рекомендуется избегать конфигурации PP.

Вместо этого предпочтительно использовать соединение SC, что дает лучшую стабильность в использовании ИП. Конфигурация PR полезна во многих критически важных приложениях, и мы настоятельно рекомендуем разработчикам именно это соединение. Рассмотрите этот вариант, используя адекватное соединение оценки потребляемой мощности и избыточности посредством внутреннего ORing или внешнего резервирования. Параллельное и последовательное соединение источников питания Nextys Рекомендуемая схема для параллельного соединения ИП.


Параллельное и последовательное соединение источников питания Nextys

Поясним это примером. Такой последовательный пробой диодов иногда происходит за доли секунды. Но вместе с тем R ш не должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, т. На каждом участке это напряжение окажется меньше В и диоды будут работать надежно. Для примера на рисунке 2. Если их соединить параллельно, то при токе 0,2 А на первом диоде напряжение равно 0,4 В кривая 1. А на втором диоде при таком же напряжении ток будет лишь 0,05 А кривая 2.

Последовательное и параллельное соединение диодов образуют блоки диодов, соединенных по разным выпрямительным схемам.

Выпрямительные диоды

Правила форума. RU :: Правила :: Голосовой чат :: eHam. Показано с 1 по 9 из 9. Тема: Параллельное включение диодов. Добавить тему форума в del. Закладках Разместить в Ссылки Mail. Ru Reddit! Опции темы Версия для печати Отправить по электронной почте…. Параллельное включение диодов Извините, если что за тупые вопросы.

Электронные приборы

Предложить термин Сообщить об ошибке Отправить страницу Добавить в избранное. Параллельное соединение диодов применяют в случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости их вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых диодах ток окажется больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных диодов может составлять десятки процентов. Параллельное соединение диодов возможно без специального подбора.

Компьютерные сети Системное программное обеспечение Информационные технологии Программирование.

Параллельное соединение — диод

Электроды диода носят названия анод и катод. Если к диоду приложено прямое напряжение то есть анод имеет положительный потенциал относительно катода , то диод открыт через диод течёт прямой ток , диод имеет малое сопротивление. Напротив, если к диоду приложено обратное напряжение катод имеет положительный потенциал относительно анода , то диод закрыт сопротивление диода велико, обратный ток мал, и может считаться равным нулю во многих случаях. Развитие диодов началось в третьей четверти XIX века сразу по двум направлениям: в году болгарский учёный Фредерик Гутри открыл принцип действия термионных диодов вакуумных ламповых с прямым накалом , в году немецкий учёный Карл Фердинанд Браун открыл принцип действия кристаллических твёрдотельных диодов. Однако дальнейшего развития в работах Эдисона идея не получила.

Выпрямители. Часть 1. Силовые элементы.

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Портал между измерениями нельзя открыть. Туннель портал пространства-времени при своем возникновении имеет бесконечную 1 ставка. Правильна ли Специальная теория относительности? Магнитный воин -какие силы стоят за эффектом Джанибекова? Решите задачу по физике 1 ставка. Какая польза народному хозяйству от астрономии и теории эволюции?

Параллельное включение диодов применятся в тех случаях, когда нужно обеспечить большее значение тока, чем позволяет один диод.

Easyelectronics.ru

Выпрямительные диоды применяются для выпрямления переменного тока преобразования переменного тока в постоянный ; используются в схемах управления и коммутации для ограничения паразитных выбросов напряжений, в качестве элементов электрической развязки цепей и т. В ряде мощных преобразовательных установок требования к среднему значению прямого тока, обратного напряжения превышают номинальное значение параметров существующих диодов. В этих случаях задача решается параллельным или последовательным соединением диодов. Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода.

При выпрямлении высоких напряжений приходится соединять диоды последовательно, чтобы обратное напряжение на каждом диоде не превышало предельного. Но вследствие разброса обратных сопротивлений у различных экземпляров диодов одного и того же типа на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше предельного, что повлечёт пробой диодов. Для того, чтобы обратное напряжение распределялось равномерно, между диодами, независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование резисторами. Сопротивления R Ш резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов. Но вместе с тем R Ш не должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, то есть чтобы не ухудшилось выпрямление. Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода.

Зачем соединяют диоды последовательно?

Однако вследствие неидентичности прямых ветвей вольт-амперных характеристик выпрямительных диодов даже одного типа ток, проходящий через одну из параллельных ветвей, может значительно превышать токи, проходящие в других ветвях параллельного соединения диодов. При этом один из диодов перегревается, его пробивное напряжение снижается, что вызывает дальнейший разогрев диода за счет увеличения обратного тока, и диод выходит из строя. Таким образом, параллельное соединение диодов допустимо только в том случае, если в каждую ветвь последовательно с диодом включено дополнительное сопротивление RA, составляющее единицы или доли ом. Параллельное соединение диодов ДЗ и ДЗ, Д4 и Д4 принято из-за больших всплесков токов в обмотке возбуждения генератора при внезапном коротком замыкании в цеп его статора. Так как обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, то ток, проходящий по ней, сглаживается.

Тема: Последовательное и параллельное соединение диодов. Исследование светодиода, выпрямительного диода, стабилитрона и тиристора. Последовательное соединение диодов — задача Убедиться, что при шунтировании диодов резисторами клавиши 1, 2, 3 напряжения распределяются равномерно.


PIN-диоды для чайников. Часть 3 / Хабр

PIN-диод представляет собой полупроводниковую структуру, состоящую из сильнолегированных p+ и n+ областей и разделяющего их слаболегированного слоя – слоя собственной проводимости (intrinsic). Благодаря наличию этого слоя, т.н. «базы», pin-диод является плохим выпрямителем и находит применение в СВЧ-технике. В данной статье рассмотрены аспекты использования pin-диодов в СВЧ-схемах для практических применений, то есть только необходимые разработчику данные, чтобы максимально точно выполнить проектирование. Статья не претендует на сколько-либо научный труд, а является скорее справочником и сборником разрозненной информации о pin-диодах. Особое внимание уделено особенностям использования pin-диодов на высоком уровне СВЧ-мощности, таких как вопросы пробоя, влияния высокочастотного поля на режим работы диода и проблемы тепловыделения, которые являются ключевыми для разработчика мощных приборов.

Первую часть, посвященную общей информации о pin-диодах, можно прочитать тут.

Вторая часть посвящена способам включения pin-диода в СВЧ схему и влиянию СВЧ на диод.

SPnT переключатель (один вход и n выходов)

Простейшим способом создать SPnT ключ является использование n идентичных SPST ключей. При этом все приведенные в части 2 выражения остаются актуальными, кроме развязки – она увеличивается на 6 дБ независимо от количества выходов. Это связано с тем, что на одиночном закрытом ключе оказывается все напряжение генератора, а при наличии нескольких выходов половина напряжения генератора падает на согласованной нагрузке открытого канала, а на закрытых ключах всех остальных каналов, параллельно подключенных к генератору – вторая половина. Уменьшение напряжения соответствует уменьшению мощности в 4 раза или на 6дБ. Надо отметить, что параллельные схемы ключей необходимо подключать на расстоянии, равном четверти длины волны от места разветвления каналов, поэтому такие ключи являются более габаритными и узкополосными, хотя и обеспечивают лучшую развязку по сравнению с последовательными схемами. Кроме того, в многоканальном переключателе все каналы, кроме одного, закрыты, но, при параллельном включении в линию pin-диоды в них открыты, то есть потребляют ток. При последовательном же включении открыт только один диод.

Для создания широкополосных ключей или ключей с высоким значением развязки используются комбинации последовательных и параллельных схем ключей, а также многокаскадные ключи.

Надо отметить, что ключи с несколькими выходами требуют создания цепей согласования, так как диод в закрытом состоянии является не идеальным разрывом, а представляет собой емкость. Кроме того, необходимо компенсировать паразитные параметры корпуса диода. Ниже приведен пример топологии параллельного ключа с согласующими элементами.

Вторым примером решения этой проблемы является более удобная схема параллельного ключа, не требующая согласования, однако также являющаяся узкополосной. Четвертьволновый разомкнутый шлейф создает КЗ в точке включения диода в линию, при условии, что диод открыт. Когда же диод закрыт, он представляет собой параллельную линии емкость, а короткозамкнутый шлейф, также подключенный к точке включения диода в линию, представляет собой распределенную индуктивность, образующую с емкостью диода параллельный резонансный контур на рабочей частоте, то есть в этом состоянии волна проходит без помех.

Аналогом такой схемы для последовательного включения pin-диода является схема, приведенная выше. Здесь параллельно диодам включены индуктивности, которые также обеспечивают резонанс с емкостью закрытого диода. Включения конденсатора с большой емкостью необходимо для того, чтобы анод и катод диода не были под одним потенциалом. Такая схема обеспечивает хорошую развязку, однако требует согласования.

Общие рекомендации

Для подачи смещения на диоды необходимо создать такие цепи, которые пропускали бы постоянный ток, но были бы изолированы по СВЧ. Обычно для этих целей используются печатные четвертьволновые линии с чередующимися высоким и низким волновыми сопротивлениями. Это проще с точки зрения изготовления, однако не очень компактно. Возможно использовать для подачи смещения сосредоточенные навесные индуктивности с высоким импедансом на высоких частотах. Кроме того, такие элементы имеют собственные корпусные резонансы, обусловленные наличием паразитной емкости корпуса. Если подобрать элемент по его s-параметрам с паразитным резонансом на центральной рабочей частоте, то можно добиться большой развязки при очень компактных размерах самого компонента. Необходимо только учесть, что индуктивности обладают ограничением по пропускаемому току, поэтому ток, открывающий диод, не должен превышать максимальный ток, разрешенный для конкретного компонента.

Вторым моментом, на который стоит обратить внимание, являются потери, обусловленные сопротивлением диода в открытом состоянии. Как видно из формул, приведенных в части 2, эти потери не зависят от частоты, а определяются самим значением сопротивления и импедансом подводящей линии. Поэтому целесообразно использовать линию с высоким волновым сопротивлением, так как это уменьшит потери, а соответственно и тепловыделение на диоде. Из минусов такого подхода можно отметить необходимость введения в схему трансформаторов для приведения импеданса линии к 50 Ом, а также повышенное напряжение на диоде.

Еще одним полезным фактом является то, что, благодаря различиям в вольт-амперных характеристиках, арсенид-галлиевый pin-диод, в отличие от кремниевого, может управляться стандартными TTL-напряжениями. +5 вольт логической единицы откроют оба диода, однако +0.2 вольта логического нуля частично откроют кремниевый диод, но еще не откроют диод из арсенида галлия. Соответственно при низких уровнях СВЧ-мощности удобно управлять арсенид-галлиевыми диодами без дополнительных источников питания.

Коммутационное качество pin-диода

Для количественного описания качества управляющего устройства применяют характеристику, называемую фактором коммутационного качества K. Она является универсальной характеристикой управляющего устройства любой природы (феррит, сегнетоэлектрик, полупроводник). В данном случае определяется оно исходя из того, что диод обладает большим и малым сопротивлением СВЧ-полю в закрытом и открытом состояниях соответственно. При этом можно считать, что в открытом состоянии диод представляет собой резистор r, а в закрытом – последовательно соединенные емкость C и резистор R, при этом r@ R Тогда можно считать, что у диода меняется только мнимая часть импеданса, и в таком случае

Для любого переключаемого элемента, пригодного для практических применений K > 1000. Данная формула действительна для бескорпусного диода, однако K не изменится и в присутствии корпуса, если в нем нет существенных потерь.

Использованная литература

  1. Microsemi corp. The PIN diode circuit designers’ handbook.

  2. Skyworks solution inc. Design with PIN diodes.

  3. О.Г.Вендик, М.Д.Парнес. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию).

  4. Г.С.Хижа, И.Б.Вендик, Е.А.Серебрякова. СВЧ фазовращатели и переключатели.

  5. Г.Уотсон. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение.

  6. А.В.Вайсблат. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых приборах.

  7. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет. Под редакцией И.В.Мальского и Б.В.Сестрорецкого.

  8. R.Caverly and G.Hiller. Establishing the minimum reverse bias for a p-i-n diode in a high-power switch.

  9. Н.Т.Бова, Ю.Г.Ефремов, В.В.Конин. Микроэлектронные устройства СВЧ.

  10. MA-COM tech. Comparison of Gallium Arsenide and Silicon PIN diodes for High Speed Microwave Switches.

Параллельное соединение светодиодов

Известно, что светодиоды лучше всего соединять последовательно. В этом случае ток на каждом из них будет одинаковый, что упрощает контроль над ним. Но бывают случаи, что без параллельного соединения не обойтись.

Например, если есть источник питания, и к нему необходимо подключить несколько светодиодных лампочек, суммарное падение напряжений на которых превышает напряжение источника. Иными словами, питания источника не достаточно для последовательно соединенных лампочек, и они не загораются.

Тогда лампочки включают в цепь параллельно и на каждую ветку ставят свой резистор.

По законам параллельного соединения падение напряжений на каждой ветке будет одинаковым и равным напряжению источника, а ток может отличаться. В связи с этим расчеты по определению характеристик резисторов будут проводиться отдельно для каждой ветки.

Содержание статьи

Запрет на один резистор

Почему нельзя подсоединить все светодиодные лампочки к одному резистору? Потому что технология производства не позволяет сделать светодиоды с идеально равными характеристиками. Светодиоды имеют разное внутреннее сопротивление, и порой различия в нем очень сильны даже для одинаковых моделей, взятых из одной партии.

Большой разброс сопротивления приводит к разбросу в значении тока, а это в свою очередь приводит к перегреву и перегоранию. Значит, надо проконтролировать ток на каждом светодиоде или на каждой ветке с последовательным соединением. Ведь при последовательном соединении ток одинаковый. Для этого и применяют отдельные резисторы. С их помощью стабилизируют ток.

Основные характеристики элементов цепи

Слегка подумав, становится понятным, что одна ветка сможет содержать максимальное количество светодиодов такое же, как при последовательном соединении и питании от этого же источника.

Например, у нас есть источник на 12 вольт. К нему можно последовательно подсоединить 5 светодиодов по 2 вольта. (12 вольт:2 вольта:1,15≈5). 1,15- это коэффициент запаса, поскольку необходимо рассчитывать, что в цепь будет включен еще и резистор.

Сопротивление резистора рассчитывается с помощью закона Ома: I=U/R, где I будет допустимым током, взятым из таблицы характеристик прибора. Напряжение U получится, если из максимального напряжения источника питания вычесть падения напряжений на каждом светодиоде, входящем в последовательную цепочку (тоже берется из таблицы характеристик).

Мощность резистора находится из формулы:

P=U²/ R= I*U.

При этом все величины записываются в системе Си. Напомним, что 1 A=1000 мA, 1 мA=0,001 A, 1 Ом=0,001 кОм, 1 Вт=1000 мВт.

Сегодня много онлайн калькуляторов, которые предлагают выполнить эту операцию автоматически, просто подставив известные характеристики в пустые ячейки. Но основные понятия знать все-таки полезно.

Преимущество параллельного включения диодов

Параллельное соединение позволяет добавить 2 или 5, или 10 светодиодов, или больше. Ограничением является мощность источника питания и габариты прибора, в котором вы хотите применить такое соединение.

Лампочки для каждой параллельной ветки берут строго одинаковые, чтобы у них были максимально похожие значения допустимого тока, прямого и обратного напряжения.

Преимущество параллельного соединения светодиодов в том, что если один из них перегорит, вся цепь продолжит работать. Лампочки будут светиться и при перегорании их большего количества, главное, чтобы хоть одна ветка оставалась неповрежденной.

Как видно, параллельное соединение – это довольно полезная вещь. Просто надо уметь правильно собрать цепь, не забывая обо всех свойствах светодиодов и о законах физики.

Во многих схемах параллельное соединение комбинируют с последовательным, что позволяет создать функциональные электрические приборы.

Применение параллельного соединения светодиодов

Схема параллельного подключения с двумя выводами позволяет реализовывать двухцветное свечение лампочек, если используются два кристалла разного цвета. Цвет меняется при изменении полюсов источника (изменение направления тока). Широкое применение такая схема находит в двухцветных индикаторах.

Если два кристалла разного цвета соединить параллельно в одном корпусе и подключить к ним импульсный модулятор, то можно менять цвет в широком диапазоне. Особенно много тонов генерируется при сочетании зеленого и красного цвета светодиодов.

Как видно на схеме, к каждому кристаллу подключен свой резистор. Катод в таком соединении общий, а вся система подключена к управляющему устройству – микроконтроллеру.

В современных праздничных гирляндах иногда применяется смешанный тип соединения, в котором несколько последовательных рядов соединяются параллельно. Это позволяет гирлянде светиться, даже если несколько светодиодных источников выйдут из строя.

При создании подсветки в помещении тоже могут применять параллельное соединение. Смешанные схемы используются при конструкции многих индикаторных электроприборов и для подсвечивающих устройств.

Несколько нюансов монтажа

Отдельно можно сказать о том, как соединяются светодиоды между собой. Каждый кристалл заключен в корпус, из которого идут выводы. На выводах зачастую стоят отметки «-» или «+», что означает соответственно подключение к катоду и к аноду прибора.

Опытные радиолюбители даже на глаз могут определить полярность, поскольку катодный вывод чуть длиннее и чуть больше выступает из корпуса. Подключение светодиодов необходимо осуществлять, строго соблюдая полярность.

Если речь идет о мощных светодиодах, то в процессе монтажа довольно часто применяют пайку. Для этого используют маломощный паяльник, чтобы ни в коем случае не перегреть кристалл. Время пайки не должно превышать 4-5 секунд. Лучше, если это будет 1-2 секунды. Для этого паяльник разогревают заранее. Выводы сильно не сгибают. Схему собирают на площадке из материала, который хорошо отводит тепло.

Последовательное и параллельное соединение выпрямительных диодов

При выпрямлении более высоких напряжений приходится соединять дио­ды последовательно, с тем, чтобы обрат­ное напряжение на каждом диоде не превышало предельного. Но вследствие разброса обратных сопротивлений у раз­личных экземпляров диодов одного и того же типа на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше предельного, что повлечет пробой диодов. Поясним это примером.

Пусть в некотором выпрямителе амплитуда обратного напряжения сос­тавляет 1000 В и применены диоды с Uобр max = 400 В. Очевидно, что необ­ходимо соединить последовательно не менее трех диодов. Предположим, что обратные сопротивления диодов Rо6р1, = Rобр2 = 1 МОм и Rо6р3 = 3 МОм. Обратное напряжение распределяется пропорционально обратным сопротивле­ниям, и поэтому получится Uо6р1, = Uобр2 = 200 В и Uо6р3, = 600 В. На третьем диоде (кстати говоря, он явля­ется лучшим, так как у него наиболь­шее Rобр) обратное напряжение выше предельного, и он может быть пробит. Если это произойдет, то напряжение 1000 В распределится между оставши­мися диодами и на каждом из них будет 500 В. Ясно, что любой из этих диодов может пробиться, после чего все обратное напряжение 1000 В будет при­ложено к одному диоду, который его не выдержит. Такой последовательный пробой диодов иногда происходит за доли секунды.

Рисунок 2.26 – Последовательное соединение диодов

Для того чтобы обратное напряжение распределялось равномерно между диодами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирова­ние диодов резисторами (рисунок 2.26). Сопротивления R шрезисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивле­ний диодов. Но вместе с тем R шне должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, т. е. чтобы не ухудшилось выпрямление. Для рассмотренного при­мера можно взять резисторы с сопро­тивлением 100 кОм. Тогда при обратном напряжении сопротивление каждого участка цепи, состоящего из диода и шунтирующего резистора, будет не­сколько меньше 100 кОм и общее об­ратное напряжение разделится между этими участками примерно на три рав­ные части. На каждом участке это напряжение окажется меньше 400 В и диоды будут работать надежно. Обыч­но шунтирующие резисторы имеют сопротивление от нескольких десятков до нескольких сотен килоом.

Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предель­ного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить парал­лельно, то вследствие неодинаковости вольт-амперных характеристик они ока­жутся различно нагруженными и в не­которых ток будет больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных диодов может составлять десятки про­центов.

Для примера на рисунке 2.27, а показа­ны характеристики прямого тока двух диодов одного и того же типа, у кото­рых Iпр max = 0,2 А. Пусть от этих дио­дов требуется получить прямой ток 0,4 А. Если их соединить параллельно, то при токе 0,2 А на первом диоде напряжение равно 0,4 В (кривая 1). А на втором диоде при таком же напряжении ток будет лишь 0,05 А (кривая 2). Таким образом, общий ток составит 0,25 А, а не 0,4 А. Увеличивать напряжение на диодах нельзя, так как в первом диоде ток станет больше предельного.

Рисунок 2.27 – Параллельное соединение диодов

Из характеристик видно, что для получения во втором диоде тока 0,2 А надо иметь на нем напряжение 0,5 В, т. е. на 0,1 В больше, чем на первом диоде. Поэтому, чтобы установить пра­вильный режим работы диодов, надо подвести к ним напряжение 0,5 В, но последовательно с первым диодом включить уравнительный резистор (рисунок 2.27, б) – с целью поглощения из­лишнего для первого диода напряжения 0,1 В. Ясно, что сопротивление этого резистора Rу = 0,1:0,2 = 0,5 Ом. При наличии такого резистора оба диода будут нагружены одинаково током в 0,2 А.

Практически редко включают парал­лельно больше трех диодов. Уравни­тельные резисторы с сопротивлением в десятые доли ома или единицы ом обычно подбирают экспериментально до получения в рабочем режиме одинако­вых токов в диодах. Иногда включают уравнительные резисторы с сопротивле­нием, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление диодов, для того чтобы ток в каждом диоде определялся главным образом сопротивлением R у . Но в этом случае происходит допол­нительное падение напряжения на Ry ,, превышающее в несколько раз прямое напряжение диодов, и КПД, конечно, снижается. Если нежелательно вклю­чать уравнительные резисторы, то надо подобрать диоды с примерно одинако­выми характеристиками. Однако реко­мендуется по возможности не прибегать к параллельному соединению диодов.


 

Импульсные диоды

 

Во многих современных радиоэлектронных устройствах полупровод-никовые диоды часто работают в импульсном режиме (импульсных цепях) при длительности импульсов, равной единицам или долям микросекунды. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями p-n переходов (доли микроварад). Рассмотрим особенности этого режима на примере, когда диод соединен последовательно с нагрузкой, сопротивление которой Rн во много раз больше прямого сопротивления диода (Rн» Rпр ) (рисунок 2.28). Пусть такая цепь находится под действием импульсного напряжения, которое состоит из короткого импульса прямого напряжения (положительного импульса), отпирающего диод, и более длительного импульса обратного напряжения (отрицательного импульса), надежно запирающего диод до прихода следующего положительного импульса. Импульсы напряжения имеют прямоугольную форму (рисунок 2.28, а).

График тока, а следовательно, и пропорционального ему напряжения на показан для этого случая на рисунке 2.28, б. При прямом напряжении ток в цепи определяется сопротивлением Rн. Хотя прямое сопротивление диода нелинейно, но оно почти не влияет на ток, так как во много раз меньше Rн. Поэтому импульсы прямого тока почти не искажены. Некоторые сравнительно небольшие искажения могут наблюдаться только при очень коротких (длитель­ностью в доли микросекунды) импульсах.

При перемене полярности напряжения, т. е. при подаче обратного напряжения, диод запирается не сразу, а в течение некоторого времени проходит им­пульс обратного тока (рисунок 2.28, б), значительно превосходящий по амплитуде обратный ток в установившемся режиме iобр. уст.

 
Рисунок 2.28 — Импульсный режим работы диода

Главная причина это разряд диффузионной емкости, т. е. рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями в n- и р-областях. Поскольку концентрации примесей в этих областях обычно, весьма различны, то практически импульс обратного тока создается рассасыванием заряда, накопленного в базе, т. е. в области с относительно малой проводимостью. Например, если n-область является эмиттером, а р-область — базой, то при прямом токе можно пренебречь потоком дырок из р-области в n-область и рассматривать только поток электронов из n-области в р-область.

Этот диффузионный поток через переход вызывает накопление электронов в р-области, так как они не могут сразу рекомбинировать с дырками

или дойти до вывода от р-области. При перемене полярности напряжения накопленный в базе заряд начинает двигаться в обратном направлении и возникает импульс обратного тока. Чем больше был прямой ток, тем больше электронов накапливалось в базе и тем сильнее импульс обратного тока. Двигаясь от базы обратно в эмиттер, электроны частично рекомбинируют с дырками, а частично проходят через n-область до металлического вывода от этой области.

Исчезновение (рассасывание) заряда, накопленного в базе, длится некоторое время. К концу рассасывания обратный ток достигает своего установившегося, весьма малого, значения iобруст. Иначе можно сказать, что обратное сопротивление диода Rобр сначала оказывается сравнительно небольшим, а затем постепенно возрастает до своего нормального установившегося значения.

Время τвос от момента возникновения обратного тока до момента, когда он принимает установившееся значение, называют временем восстановления обратного сопротивления. Это время — важный параметр диодов, предназначенных для импульсной работы. У таких диодов τвос не превышает десятых долей микросекунды. Чем оно меньше, тем лучше: тогда диод быстрее запирается.

Вторая причина возникновения импульса обратного тока — заряд барьерной емкости диода под действием обратного напряжения. Зарядный ток этой емкости складывается с током рассасывания заряда, и в результате получается суммарный импульс обратного тока, который тем больше, чем больше емкость диода. Эта емкость у специальных диодов для импульсной работы не превышает единиц пикофарад.

Если импульс прямого тока имеет длительность значительно большую, чем длительность рассмотренных переходных процессов, то импульс обратного тока получается во много раз более коротким (рисунок 2.28, в) и его можно не принимать во внимание.

Уменьшение емкостей достигается за счёт уменьшения площадей p-n переходов. Для уменьшения τвос диоды изготавливают так, чтобы ёмкость перехода была малой и рекомбинация носителей происходила как можно быстрее. Допускаются мощности рассеяния у них невелики (30-40 мВт).

По способу создания р-n переходов импульсные диоды подразделяются на точечные, сплавные, меза- и планарно-диффузионные [7].

В быстродействующих импульсных цепях широко используются диоды Шотки. У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе. ВАХ диодов Шотки напоминает характеристику диодов на основе p-n переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8-10 декад приложенного напряжения (декада – изменение значения в 10 раз) представляет почти идеальную экспонициальную кривую, а обратные токи малы (доли-десятки нА[1]).

Большинство конструкций импульсных диодов имеет металлостеклянный или стеклянный корпус.

На рисунке 2.29 показана конструкция германиевых импульсных микросплавных диодов 1Д508А, ГД508А, ГД508Б, предназначенных для применения в сверхбыстрых действующих формирователях импульсов. Выпускаются диоды в стеклянном корпусе. Масса диода не более 0,2 г.

 

 

Рисунок 2.29 — Конструкция германиевых импульсных микросплавных диодов 1Д508А, ГД508А, ГД508Б

 

На рисунке 2.30 показана конструкция кремниевого диффузионного импульсного диода КД805А, предназначенного для применения в импульсных схемах. Выпускаются диоды в металлическом корпусе с гибкими выводами. Диод обозначается на корпусе продольной полосой красного цвта. Масса диода не более 0,15 г.

 

Рисунок 2.30 — Конструкция кремниевого диффузионного импульсного диода КД805А

Импульсные диоды обладают следующими основными параметрами:

1. Общая ёмкость диода Сд (доли nФ – несколько пФ)

2. Максимальная импульсное прямое напряжение Uпр и max (единицы В)

3. Максимально допустимый импульсный ток Iпр и max (сотни mA)

4. Время установления прямого напряжения tуст – время от момента подачи импульса прямого тока до достижения заданного значения прямого напряжения на нём (доли нс – доли мкс). Это время Зависит от скорости движения внутрь базы инпретированных через переход неосновных носителей, в результате которого наблюдается уменьшене её сопротивления.

5. Время восстановления обратного сопротивления диода tвост вост.)

Изготовление р-n-переходов методом диффузии примесей значительно улучшает параметр tвост.

Стабилитроны

Как было показано в пункте 1.3.5 вольт-амперная характеристика полупроводниковых диодов в области электрического пробоя имеет участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, т. е. в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. В настоящее время выпускаются исключительно кремниевые стабилитроны многих типов. Их также называют опорными диодами, так как получаемое от них стабильное напряжение в ряде случаев используется в качестве эталонного. На рисунке 2.31 дана типичная вольт-амперная характе­ристика стабилитрона при обратном токе, показывающая, что в режиме ста­билизации напряжение меняется мало. Характеристика для прямого тока стабилитрона такая же, как у обычных диодов.

 

 

Рисунок 2.31 — Вольтамперная характе­ристика стабилитрона при обратном токе

Кремниевые стабилитроны могут быть изготовлены на малые’ напряжения (единицы вольт), а именно такие нужны для питания многих транзисторных устройств.

Напряже­ние стабилизации Uст может быть примерно от 3 до 200 В. изменение тока стабилитрона от Imin до Imax составляет десятки и даже сотни миллиампер. Максимальная допустимая мощность Рmах, рассеиваемая в стабилитроне, от сотен милливатт до единиц ватт. Дифференциальное сопротивление Rд = Δu/Δi в режиме стабилизации может быть от десятых долей Ома для низковольтных мощных стабилитронов до 200 Ом для стабилитронов на более высокие напря­жения. Низковольтные стабилитроны небольшой мощности имеют сопротивле­ние Rд от единиц до десятков Ом. Чем меньше Rд, тем лучше стабилизация. При идеальной стабилизации было бы Rд = 0. Так как Rд является сопротивлением переменному току, то его не следует путать со статическим сопротивлением, т. е. сопротивлением постоянному току R0 = и/ i . Сопротивление Rо всегда во много раз больше Rд.Влияние температуры оценивается температурным коэффициентом напряжения стабилизации ТКН, который характеризует изменение напряжения и„ при изменении температуры на один градус, т. е.

 

ТКН=ΔUст/(UстΔT) .                                            (2.10)

 

Температурный коэффициент напряжения может быть от 10-5 до 10-3 К-1. Значение Uст и знак ТКН зависят от удельного сопротивления основного по­лупроводника. Стабилитроны на напряжения до 7 В изготовляются из кремния с малым удельным сопротивлением, т. е. с большой концентрацией примесей. В этих стабилитронах п — р-переход имеет малую толщину, в нем действует поле с высокой напряженностью и пробой происходит главным образом за счет туннельного эффекта. При этом ТКН получается отрицательным. Если же применен кремний с меньшей концентрацией примесей, то n-р-переход будет толще. Его пробой возникает при более высоких напряжениях и является лавинным. Для таких стабилитронов характерен положительный ТКН.

Простейшая схема применения стабилитрона показана на рисунке 2.32. Нагрузка (потребитель) включена параллельно стабилитрону. Поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне почти постоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменения напряжения источника Е при его нестабильности почти полностью поглощаются ограничительным резистором Rогр.

 

Рисунок 2.32 — Схема включения стабилитрона

Наиболее часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряже­ние источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Rнпостоянно. Для уста­новления и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопротивление Rогр должно иметь определенное значение. Обычно Rогр рас­считывают для средней точки Т характеристики стабилитрона. Если напряже­ние Е меняется от Еmin до Еmax, то можно Rогр найти по следующей формуле:

 

                              Rогр = (Еср – Uст)/(Iср + IН) ,                                   (2.11)

 

где Еср = 0,5 (Еmin — Еmax) — среднее напряжение источника; Iср = 0,5 (Imin + Imax) — средний ток стабилитрона; Iн = Uст / Rн — ток нагрузки.

Если напряжение Е станет изменяться в ту или другую сторону, то будет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке будет почти постоянным.

                 

 

Поскольку все изменения напряжения источника должны поглощаться ограничительным резистором, то наибольшее изменение этого напряжения, равное ЕmaxЕmin, должно соответствовать наибольшему возможному изменению тока, при котором ещё сохраняется стабилизация, т. е. ImaxImin. Отсюда следует, что если значение Е изменяется на ΔЕ, то стабилизация будет осуществляться только при соблюдении условия

 

ΔЕ≤( ImaxImin) Rогр .                                                         (2.12)

 

Стабилизация в более широком диапазоне изменения Е возможна при увеличении Rогр. Но из формулы (2.12) следует, что большее Rогр получается при меньшем Iн, т. е. при большем Rн. Повышение Еср также дает увеличение Rогр.

Иногда необходимо получить стабильное напряжение более низкое, чем дает стабилитрон. Тогда последовательно с нагрузкой включают добавочный резистор, сопротивление которого легко рассчитать по закону Ома (рисунок 2.33).

Рисунок 2.33 — Включение добавочного резистора для понижения стабильного напряжения на нагрузке

Второй возможный режим стабилизации применяется в том случае, когда Е= const, а Rн изменяется в пределах от Rн min до Rн max. Для такого режима Rогр можно определить по средним значениям токов по формуле

 

                         Rогр=(E-Uст)/(Iср+ Iн ср) ,                                          (2.13)

где Iн ср=0,5 (I н minI н max), при чём I н min=Uст/ Rн max и I н max= Uст/ Rн min.

 

Работу схемы в данном режиме можно объяснить так. Поскольку Rогр постоянно и падение напряжения на нем, равное Е — Uст, также постоянно, то и ток в Rогр, равный Iср+ Iн ср должен быть постоянным. Но последнее возможно только в том случае, если ток стабилитрона I и ток Iн изменяются в одинаковой степени, но в противоположные стороны. Например, если Iн увеличивается, то ток I на столько же уменьшается, а их сумма остается неизменной.

Для получения более высоких стабильных напряжений применяется последовательное соединение стабилитронов, рассчитанных на одинаковые токи (рисунок 2.34). Вследствие разброса характеристик и параметров у отдельных экземпляров стабилитронов данного типа их параллельное соединение с целью получения больших токов не рекомендуется. Оно допускается только при условии, что суммарная мощность, рассеиваемая на всех стабилитронах, не превышает предельной мощности одного стабилитрона.

 

 

Рисунок 2.34 — Последовательное включение стабилитронов

 

Для повышения стабильности напряжения может применяться схема каскадного соединения стабилитронов (рисунок 2.35) в которой стабилитрон VD1 должен иметь более высокое напряжение Uст, нежели стабилитрон VD2.

 

Рисунок 2.35 — Каскадное включение стабилитронов

Эффективность стабилизации напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации кст, который показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе схемы стабилизации меньше, чем относительное изменение напряжения на входе. Для простейшей схемы по рисунку 2.32 можно написать

 

 .                                         (2.14)

 

Практически полупроводниковый стабилитрон может обеспечить кст,
равный нескольким десяткам. А при каскадном соединении (рисунок 2.35) общий коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных звеньев (ячеек):

 

кст = кст1 кст2…                                                                (2.15)

 

и уже при двух звеньях достигает нескольких сотен.

Недостаток рассматриваемых схем стабилизации состоит в том, что потери мощности в самом стабилитроне и на Rогр велики, особенно в схеме каскадного соединения.

Следует еще отметить, что если имеют место пульсации напряжения Е, то стабилитрон значительно сглаживает их. Это объясняется тем, что стабили­трон обладает малым сопротивлением переменному току. Оно обычно во много раз меньше Rогр. Поэтому большая часть напряжения пульсаций поглощается в Rогр, а на стабилитроне и на нагрузке будет лишь малая часть этого напряжения.

Конструкция стабилитронов очень незначительно отличается от конструкций выпрямительных диодов.

 

Стабисторы

Это полупроводниковые диоды, предназначенные для работы в стабилизаторах напряжения, причем в отличие от стабилитронов у стабисторов используется не обратное напряже­ние, а прямое. Значение этого напря­жения мало зависит от тока в некото­рых его пределах. Как правило, стабисторы изготовляются из кремния и имеют напряжение стабилизации в среднем около 0,7 В. Ток стабисторов обычно может быть от 1 мА до нескольких десятков миллиампер. Для получения стабильного напряжения в единицы вольт соединяют последовательно не­сколько стабисторов. Особенность ста­бисторов – отрицательный температур­ный коэффициент напряжения, т. е. на­пряжение стабилизации с повышением температуры уменьшается. Поэтому стабисторы применяют также в качестве термокомпенсирующих элементов, соединяя их последовательно с обычными стабилитронами, имеющими положи­тельный температурный коэффициент напряжения.

 

Варикапы

Эти плоскостные диоды, иначе называемые параметрическими, работают при обратном напряжении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емко­сти, управляемые не механически, а электрически, т. е. изменением обратного напряжения.

Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров, а также в некоторых специ­альных схемах, например в так назы­ваемых параметрических усилителях. На рисунке 2.36 показана простейшая схема включения варикапа в колебательный контур. Изменяя с помощью потенцио­метра R обратное напряжение на варикапе, можно изменять резонансную час­тоту контура. Добавочный резистор R1 с большим сопротивлением включен для того, чтобы добротность контура не снижалась заметно от шунтирующего влияния потенциометра R. Конденсатор Ср является разделительным. Без него варикап был бы для постоянного напря­жения замкнут накоротко катушкой L.

 

Рисунок 2.36 – Схема включения варикапа в колебательный контур в качестве конденсатора переменной емкости

 

В качестве варикапов довольно ус­пешно можно использовать кремниевые стабилитроны при напряжении ниже UСТ, когда обратный ток еще очень мал и, следовательно, обратное сопротивление очень велико.

Туннельные диоды

Предложенный в 1958 г. японским ученым Л. Ёсаки туннельный диод из­готовляется из германия или арсенида галлия с высокой концентрацией приме­сей (1019 —1020 см-3), т.е. с очень ма­лым удельным сопротивлением, в сотни или тысячи раз меньшим, чем в обыч­ных диодах. Такие полупроводники с ма­лым сопротивлением называют вырож­денными. Электронно-дырочный переход в вырожденном полупроводнике полу­чается в десятки раз тоньше (10-6 см), чем в обычных диодах, а потенциальный барьер примерно в два раза выше. В обычных полупроводниковых диодах высота потенциального барьера равна примерно половине ширины запрещен­ной зоны, а в туннельных диодах она несколько больше этой ширины. Вслед­ствие малой толщины перехода напря­женность поля в нем даже при отсутствии внешнего напряжения достигает 10б В/см.

В туннельном диоде, как и в обыч­ном, происходит диффузионное переме­щение носителей через электронно-ды­рочный переход и обратный их дрейф под действием поля. Но кроме этих процессов основную роль играет тун­нельный эффект. Он состоит в том, что согласно законам квантовой физики при достаточно малой высоте потенци­ального барьера возможно проникно­вение электронов через барьер без изме­нения их энергии. Такой туннельный переход электронов с энергией, меньшей высоты потенциального барьера (в элект­рон-вольтах), совершается в обоих на­правлениях, но только при условии, что по другую сторону барьера для туннелирующих электронов имеются свобод­ные уровни энергии. Подобный эффект невозможен с точки зрения классической физики (в которой электрон рассматри­вается как частица материи с отрицатель­ным зарядом), но оказывается вполне ре­альным в явлениях микромира, подчи­няющихся законам квантовой механики, согласно которым электрон имеет двой­ственную природу: с одной стороны, он является частицей, а с другой стороны, он может проявлять себя как электро­магнитная волна. Но электромагнитная волна может проходить через потенци­альный барьер, т. е. через область элект­рического поля, не взаимодействуя с этим полем.

Процессы в туннельном диоде удоб­но рассматривать на энергетических диаграммах, показывающих уровни энергии валентной зоны и зоны прово­димости в n- и р-областях. Вследствие возникновения контактной разности по­тенциалов в n-р-переходе границы всех зон в одной из областей сдвинуты относительно соответствующих зон дру­гой области на высоту потенциального барьера, выраженную в электрон-воль­тах.

На рисунке 2.37 с помощью энергети­ческих диаграмм изображено возникно­вение туннельных токов в электронно-дырочном переходе туннельного диода. Для того чтобы не усложнять рассмот­рение туннельного эффекта, диффузионный ток и ток проводимости на этом рисунке не показаны. Диаграмма на рисунке 2.37, а соответствует отсутствию внешнего напряжения. Высота потен­циального барьера взята для примера 0,8 эВ, а ширина запрещенной зоны составляет 0,6 эВ. Горизонтальными линиями в зоне проводимости и в ва­лентной зоне показаны энергетические уровни, полностью или частично заня­тые электронами. В валентной зоне и зоне проводимости изображены также не заштрихованные горизонтальными линиями участки, которые соответству­ют уровням энергии, не занятым элект­ронами. Как видно, в зоне проводимости полупроводника n-типа и в валентной зоне полупроводника р-типа имеются занятые электронами уровни, которым соответствуют одинаковые энергии. По­этому возможен туннельный переход электронов из области n в область р (прямой туннельный ток iпр) и из области р в область n (обратный туннельный ток io6p). Эти два тока одинаковы по значению, и результирующий ток равен нулю.

 

 

Рисунок 2.37 – Энергетические диаграммы p-n-перехода в туннельном диоде при различном приложенном напряжении

 

На рисунке 2.37, б показана диаграмма при прямом напряжении 0,1 В, за счет которого потенциальный барьер пони­зился на 0,1 эВ и составляет 0,7 эВ. В этом случае туннельный переход элект­ронов из области n в область р уси­ливается, так как в области р имеются в валентной зоне свободные уровни с такими же энергиями, как энергии уров­ней, занятых электронами в зоне прово­димости области n. А переход электро­нов из валентной зоны области р в об­ласть n невозможен, так как уровни, занятые электронами в валентной зоне области р, соответствуют в области n энергетическим уровням запрещенной зоны. Обратный туннельный ток от­сутствует, и результирующий ток дости­гает максимума. В промежуточных слу­чаях, например когда uпр = 0,05 В, су­ществует и прямой и обратный туннель­ный ток, но обратный ток меньше пря­мого. Результирующим будет прямой ток, но он меньше максимального, по­лучающегося при uпр = 0,1 В.

Случай, показанный на рисунке 2.37, в, соответствует uпр = 0,2 В, когда высота потенциального барьера стала 0,6 эВ. При этом напряжении туннельный пере­ход невозможен, так как уровням, за­нятым электронами в данной области, соответствуют в другой области энерге­тические уровни, находящиеся в запре­щенной зоне. Туннельный ток равен нулю. Он отсутствует также и при боль­шем прямом напряжении.

Следует помнить, что при возраста­нии прямого напряжения увеличивается прямой диффузионный ток диода. При рассмотренных значениях uпр < 0,2 В диффузионный ток гораздо меньше тун­нельного тока, а при uпр > 0,2 В диф­фузионный ток возрастает и достигает значений, характерных для прямого то­ка обычного диода.

На рисунке 2.37, г рассмотрен случай, когда обратное напряжение uобр = 0,2 В. Высота потенциального барьера стала 1 эВ, и значительно увеличилось число уровней, занятых электронами в валентной зоне р-области и соответствующих свободным уровням в зоне проводимо­сти n-области. Поэтому резко возраста­ет обратный туннельный ток, который получается такого же порядка, как и ток при прямом напряжении.

Вольтамперная характеристика тун­нельного диода (рисунок 2.38) поясняет рассмотренные диаграммы. Как видно, при u = 0 ток равен нулю. Увеличение прямого напряжения до 0,1 В дает воз­растание прямого туннельного тока до максимума (точка А). Дальнейшее уве­личение прямого напряжения до 0,2 В сопровождается уменьшением туннель­ного тока. Поэтому в точке Б полу­чается минимум тока и характеристика имеет падающий участок АБ, для кото­рого характерно отрицательное сопро­тивление переменному току

 

Ri = Du/Di < 0.                                                (2.16)

 

После этого участка ток снова воз­растает за счет диффузионного прямого тока, характеристика которого на рисунке 2.38 показана штриховой линией. Обратный ток получается такой же, как прямой, т. е. во много раз больше, не­жели у обычных диодов.

 

Рисунок 2.38 – Вольтамперная характеристика туннельного диода

 

Основные параметры туннельных диодов – ток максимума Iтах, ток ми­нимума Imin (часто указывается отноше­ние Imax/Imin, которое бывает равно нескольким единицам), напряжение мак­симума U1 напряжение минимума U2, наибольшее напряжение U3, соответ­ствующее току Iтах на втором восхо­дящем участке характеристики (участок БВ). Разность DU = U3 – U1 называется напряжением переключения или напря­жением скачка. Токи в современных туннельных диодах составляют единицы миллиампер, напряжения — десятые до­ли вольта. К параметрам также отно­сится отрицательное дифференциальное сопротивление диода (обычно несколько десятков Ом), общая емкость диода (единицы или десятки пикофарад), время переключения (доли наносекунды) и мак­симальная, или критическая, частота (сотни гигагерц).

Включая туннельный диод в различ­ные схемы, можно его отрицательным сопротивлением компенсировать поло­жительное активное сопротивление (если рабочая точка будет находиться на участке АБ) и получать режим усиления или генерации колебаний. Например, в обычном колебательном контуре за счет потерь всегда имеется затухание. Но с помощью отрицательного сопротивле­ния туннельного диода можно уничто­жить потери в контуре и получить в нем незатухающие колебания. Простей­шая схема генератора колебаний с тун­нельным диодом показана на рисунке 2.39.

 

 

Рисунок 2.39 – Простейшая схема включения туннельного диода для генерации колебаний

 

Работу такого генератора можно объяснить следующим образом. При включении питания в контуре LC воз­никают свободные колебания. Без тун­нельного диода они затухли бы. Пусть напряжение Е выбрано таким, чтобы диод работал на падающем участке характеристики, и пусть во время одного полупериода переменное напряжение контура имеет полярность, показанную на рисунке знаками « + » и «–» без кружков (знаки « + » и «–» в кружках относятся к постоянным напряжениям). Напряжение от контура подается на диод и является для него обратным. Поэтому прямое напряжение на диоде уменьшается. Но за счет работы диода на падающем участке характеристики ток возрастает, т. е. пройдет дополни­тельный импульс тока, который добавит энергию в контур. Если эта дополни­тельная энергия достаточна для компен­сации потерь, то колебания в контуре станут незатухающими.

Туннельный переход электронов че­рез потенциальный барьер происходит в чрезвычайно малые промежутки вре­мени: 10-12-10-14с, или 10-3-10-5нс. Поэтому туннельные диоды хорошо ра­ботают на сверхвысоких частотах. На­пример, можно генерировать и усили­вать колебания с частотой до десятков и даже сотен гигагерц. Следует заме­тить, что частотный предел работы тун­нельных диодов практически определя­ется не инерционностью туннельного эффекта, а емкостью самого диода, индуктивностью его выводов и его активным сопротивлением.

Принцип усиления с туннельным ди­одом показан на рисунке 2. 40. Для полу­чения режима усиления необходимо иметь строго определенные значения Е и Rн. Сопротивление RH должно быть немного меньше абсолютного значения отрицательного сопротивления диода. Тогда при отсутствии входного напря­жения исходная рабочая точка Т может быть установлена на середине падаю­щего участка (эта точка является пере­сечением линии нагрузки с характеристи­кой диода). При подаче входного на­пряжения с амплитудой Um вх линия нагрузки будет «совершать колебания», перемещаясь параллельно самой себе.


Рисунок 2.40 – Простейшая схема усилителя с туннельным диодом (а) и график, поясняющий процесс усиления (б)

 

Крайние ее положения показаны штри­ховыми линиями. Они определяют ко­нечные точки рабочего участка АБ. Проектируя эти точки на ось напряже­ний, получаем амплитуду выходного напряжения Um вых, которая оказывается значительно больше амплитуды вход­ного. Особенность усилителя на тун­нельном диоде – отсутствие отдельной входной и отдельной выходной цепи, что создает некоторые трудности при осуществлении схем с несколькими кас­кадами усиления. Усилители на тун­нельных диодах могут давать значитель­ное усиление при невысоком уровне шумов и работают устойчиво.

Туннельный диод используется так­же в качестве быстродействующего переключателя, причем время переклю­чения может быть около 10–9 с, т.е. около 1 нс, и даже меньше. Схема ра­боты туннельного диода в импульсном режиме в общем случае такая же, как на рисунке 2.40, но только входное напря­жение представляет собой импульсы, а сопротивление RH должно быть не­сколько больше абсолютного значения отрицательного сопротивления диода. На рисунке 2.41 показана диаграмма ра­боты туннельного диода в импульсном режиме. Напряжение питания Е выбрано таким, что при отсутствии входного импульса диод работает в точке А и ток получается максимальным (Imах), т. е. диод открыт. При подаче положитель­ного импульса входного напряжения прямое напряжение на диоде увеличи­вается и режим работы диода скачком переходит в точку Б. Ток уменьшается до минимального значения Imin, что ус­ловно можно считать закрытым состоянием диода. А если установить посто­янное напряжение Е, соответствующее точке Б, то можно переводить диод в точку А подачей импульсов напряже­ния отрицательной полярности.

 

Рисунок 2.41 – Работа туннельного диода в импульсном режиме

 

Туннельные диоды могут приме­няться в технике СВЧ, а также во многих импульсных радиоэлектронных устройствах, рассчитанных на высокое быстродействие. Помимо весьма малой инерционности достоинством туннель­ных диодов является их стойкость к ионизирующему излучению, а также ма­лое потребление энергии от источника питания. К сожалению, эксплуатация туннельных диодов выявила существен­ный их недостаток. Он заключается в том, что эти диоды подвержены зна­чительному старению, т. е. с течением времени их характеристики и параметры заметно изменяются, что может приве­сти к нарушению нормальной работы того или иного устройства. Надо пола­гать, что в дальнейшем этот недостаток удастся свести к минимуму.

Если для диода применить полупро­водник с концентрацией примеси около 1018 см–3, то при прямом напряжении туннельный ток практически отсутствует и в вольт-амперной характеристике нет падающего участка (рисунок 2.42). Зато при обратном напряжении туннельный ток по-прежнему значителен, и поэтому та­кой диод хорошо пропускает ток в об­ратном направлении. Подобные диоды, получившие название обращенных, могут работать в качестве детекторов на более высоких частотах, нежели обычные диоды.

 

Рисунок 2.42 – Вольтамперная характеристика и условное графическое обозначение обращенного диода

 

Все туннельные диоды имеют весьма малые размеры. Например, они могут быть оформлены в цилиндрических гер­метичных металлостеклянных корпусах диаметром 3 – 4 мм и высотой около 2 мм. Выводы у них гибкие ленточные. Масса не превышает 0,15 г.

В настоящее время разрабатываются новые типы туннельных диодов, иссле­дуются новые полупроводниковые мате­риалы для них и проблемы замедления старения.




Диод (светодиод) прямое напряжение последовательно и параллельно

В качестве предисловия я всего лишь любитель электроники, а не студент электротехники, и я только начинаю заниматься этим, так что эти ответы могут быть очевидными даже для первокурсника.

Насколько я понимаю, базовый светодиод имеет прямое напряжение, которое он будет «потреблять» от напряжения в цепи (я не уверен в правильности термина для этого), поэтому при расчете номинала токоограничивающего резистора, необходимого для защиты светодиода, учитывайте только напряжение на резисторе, которое в последовательной цепи батарея-резистор-светодиод представляет собой напряжение минус прямое напряжение светодиода.

Таким образом, светодиод с прямым напряжением 2 В, подключенный последовательно к батарее 9 В, потребует резистора ограничения тока для падения 7 В.

Если несколько резисторов-светодиодов подключены к батарее параллельно, напряжение будет одинаковым на каждом «переходе».

Значит напряжение в точках A, B, C, D и E должно быть 9В? Поэтому снова каждый резистор падает на 7 В, а каждый светодиод на 2 В.

Мой вопрос: что произойдет, если 5 светодиодов будут соединены последовательно? Я думаю, что мы можем использовать один резистор, так как ток в последовательной цепи должен быть одинаковым во всех точках, но если бы мы использовали батарею 9 В и каждый светодиод имел прямое напряжение 2 В, что произойдет с 5 последовательными резисторами?

Поскольку общее падение напряжения больше, чем напряжение, обеспечиваемое батареей, будет ли каждый светодиод падать на одну пятую от 9 вольт (при прочих равных условиях)? Поскольку входное напряжение минус выходное напряжение должно равняться нулю, это мое предположение относительно того, что произойдет, и что если это напряжение будет ниже «рабочего прямого напряжения» каждого светодиода, то они просто не загорятся?

Я знаю, что если бы они были резисторами, то каждый из них имел бы падение напряжения, пропорциональное его сопротивлению по отношению к общему сопротивлению в последовательной цепи, но, поскольку светодиоды не являются резисторами, предположительно, они не обязательно вели бы себя так? В учебниках, которые я читал, не говорится, что вам нужно «рассчитать» прямое напряжение светодиодов, вы просто руководствуетесь таблицей компонентов.

Извините, если мои вопросы немного беспорядочны, я просто пытаюсь понять, что здесь происходит.

Примечания по конфигурации параллельных диодов

PDF

Что такое параллельная конфигурация диодов?

Диоды часто подключаются параллельно в импульсных источниках питания для разделения тока. Тепловой разгон зависит от корпуса диодов и радиатора (рассеяния), на котором они установлены. При условии достаточного рассеяния в конструкции можно обеспечить более высокий ток, когда «диоды находятся в параллельной конфигурации».

При параллельном соединении диод с наименьшим падением напряжения при прямом смещении будет пытаться проводить больший ток, вызывая тепловой разгон . Диоды, включенные параллельно с одинаковой полярностью, ведут себя не иначе, чем один диод. Однако из-за того, что ток в каждом диоде ниже из-за правила делителя тока, через каждый диод будет протекать меньший ток, и, следовательно, его падение напряжения будет ниже, поскольку это характеристика диодов. Следовательно, если предположить, что все диоды очень похожи по Vf, , общее падение напряжения параллельной комбинации диодов будет ниже, , чем для одного диода.Хотя пропускная способность каждого отдельного диода не меняется, параллельная комбинация диодов des может выдерживать больший ток в целом , опять же из-за правила делителя тока.

При параллельном соединении падение останется прежним (добавятся обратная утечка и емкость), но допустимый ток может иметь тенденцию к уменьшению из-за возможности теплового разгона. Этого можно избежать, поместив диоды в тепловой контакт друг с другом и / или используя небольшой резистор последовательно с каждым.

Определите напряжение Vo для показанной на рисунке сети.

Первоначально может показаться, что приложенное напряжение включает оба диода. Однако, если бы оба были «включены», падение 0,7 В на кремниевом диоде не соответствовало бы 0,3 В на германиевом диоде, как того требует тот факт, что напряжение на параллельных элементах должно быть одинаковым. Результирующее действие можно объяснить, просто поняв, что при включении питания оно будет увеличиваться с 0 до 12 В в течение определенного периода времени, хотя, вероятно, измеряется миллисекундами.В момент нарастания, когда на германиевом диоде установится 0,3 В, он «включится» и будет поддерживать уровень 0,3 В. Кремниевый диод никогда не будет иметь возможности захватить свои требуемые 0,7 В и поэтому остается в открытом состоянии. состояние цепи, как показано на рисунке 1.

Итак,

 

Напряжение Vo зависит от типа диодов Si и Ge.

При «стандартном» прямом падении напряжения Ge = 0,2 В и Si = 0,7 В доминирует Ge и Vo = 11.8 вольт.

Что такое тепловой разгон?

Термический разгон  описывает процесс, который ускоряется при повышении температуры, в свою очередь высвобождая энергию, которая еще больше повышает температуру. Термический разгон возникает в ситуациях, когда повышение температуры изменяет условия таким образом, что вызывает дальнейшее повышение температуры, что часто приводит к разрушительному результату.

Некоторые электронные компоненты имеют более низкое сопротивление или более низкое напряжение срабатывания по мере увеличения их внутренней температуры.Если условия цепи вызывают заметное увеличение тока в этих ситуациях, увеличение рассеиваемой мощности может привести к повышению температуры. Эффект положительной обратной связи теплового разгона может привести к отказу, иногда весьма эффектному (например, к электрическому взрыву или пожару). Чтобы предотвратить эти опасности, хорошо спроектированные электронные системы обычно включают защиту от ограничения тока, такую ​​как плавкие предохранители, автоматические выключатели или ограничители тока.

Обратная связь важна для нас.

Как соединить диоды параллельно

В этом посте мы систематически обсуждаем, как соединить диоды параллельно для повышения общих токовых характеристик сборки. Это требует специальной схемы, обеспечивающей равномерное распределение тока между устройствами.

Всякий раз, когда в цепи постоянного тока задействована нагрузка на основе катушки индуктивности, использование защитного диода против ЭДС или обратного диода становится обязательным для защиты биполярного транзистора или полевого транзистора, ответственного за его возбуждение.

Как рассчитать параллельный диод

Однако расчет и параллельное соединение диодов никогда не бывает легкой задачей.

Все мы знаем, что катушки индуктивности, как и конденсаторы, обладают свойством накапливать и регенерировать электрическую энергию.

Накопление электрической энергии происходит, когда индуктор подвергается воздействию разности потенциалов на его выводах, в то время как возврат или разряд накопленной электрической энергии происходит в тот момент, когда эта разность потенциалов устраняется.

Объясненное выше «отбрасывание» накопленной энергии через индуктор или катушку называется «обратной ЭДС», и, поскольку полярность «противоэдс» всегда противоположна приложенной разности потенциалов, становится серьезной угрозой для устройство, используемое для управления или приведения в действие индуктора.

Сильноточные диоды для защиты от обратной ЭДС

Опасность заключается в том, что обратное напряжение, создаваемое катушкой индуктивности, пытается пройти через соответствующее силовое устройство, такое как BJT с обратной полярностью, что приводит к мгновенному повреждению устройства .

Простая идея решить эту проблему состоит в том, чтобы добавить выпрямительный диод непосредственно через катушку или катушку индуктивности, где катод соединяется с положительной стороной катушки, а анод — с отрицательной.

Такое расположение диодов на катушках постоянного тока также называется обратным диодом.

Теперь всякий раз, когда потенциал на катушке снимается, генерируемая обратная ЭДС быстро находит свой путь через диод и нейтрализуется вместо того, чтобы проталкиваться через драйверное устройство.

Классический пример этого явления можно наблюдать в каскаде драйвера реле с биполярным транзисторным транзистором, вы, возможно, сталкивались с множеством подобных устройств в различных схемах. Обычно диод можно увидеть подключенным к таким каскадам драйверов реле, что делается для защиты биполярного транзистора от смертельной обратной ЭДС, выбрасываемой катушкой реле каждый раз, когда он отключается биполярным транзистором.

Схема сильноточного диода обратного хода

Реле имеет относительно небольшую нагрузку (катушка с высоким сопротивлением), обычно для таких приложений более чем достаточно диода 1N4007 с номиналом 1 А, однако в случаях, когда нагрузка относительно велика или сопротивление катушки очень низкий, генерируемая обратная ЭДС может быть эквивалентна приложенным уровням тока, а это означает, что если приложенный ток находится в диапазоне 10 ампер, обратная ЭДС также будет примерно на этом уровне.

Чтобы поглощать такие массивные толчки обратной ЭДС, диод также должен быть надежным с его характеристиками усилителя.

Обычно в таких случаях, когда противо-ЭДС может быть выше 10 или 20 ампер, поиск подходящего одиночного диода становится трудным или слишком дорогим.

Хорошим способом противодействия этому является параллельное подключение множества диодов меньшего номинала, однако, поскольку диоды, как и биполярные транзисторы, являются полупроводниковыми устройствами, при параллельном подключении они плохо работают.

Причина в том, что каждый диод, подключенный в параллельной цепочке, может иметь несколько разные уровни включения, что делает устройства проводящими по отдельности, и тот, который включается первым, становится ответственным за принятие наибольшей части индуцированного тока, что само по себе создает конкретный диод уязвим.

Таким образом, чтобы решить вышеуказанную проблему, каждый диод должен быть дополнен последовательным резистором, соответствующим образом рассчитанным для свободного хода в соответствии с заданными параметрами.

Параллельное соединение диодов

Процедура правильного параллельного соединения диодов может быть выполнена следующим образом:

Предположим, что максимальная предполагаемая ЭДС через катушку индуктивности составляет 20 ампер, и мы предпочитаем использовать четыре 6-амперных диода в качестве Свободные диоды на этой катушке означают, что каждый диод должен разделять ток около 5 ампер, то же самое относится и к резисторам, которые могут быть подключены последовательно с ними.

Используя закон Ома, мы можем рассчитать резисторы так, чтобы они создавали минимальное безопасное сопротивление вместе, но по отдельности обеспечивали оптимальное высокое сопротивление, заставляя ток распределять пути поровну через все диоды.

Как правило, сопротивление 0,5 Ом будет вполне безопасным для защиты силового устройства, поэтому 0,5 x 4 становится 2 Ом, поэтому каждый диод может быть рассчитан на 2 Ом.

Суммарная мощность должна быть рассчитана на работу со всеми 20 амперами, поэтому деление 20 на 4 дает 5, то есть каждый резистор должен иметь номинальную мощность 5 Вт каждый.

Использование последовательно соединенных резисторов с диодами для предотвращения теплового разгона

Модель с двумя диодами | PVEducation

Уравнение для одного диода предполагает постоянное значение коэффициента идеальности n. В действительности фактор идеальности является функцией напряжения на устройстве. При высоком напряжении, когда в рекомбинации в устройстве преобладают поверхности и объемные области, коэффициент идеальности близок к единице. Однако при более низких напряжениях преобладает рекомбинация в переходе, и коэффициент идеальности приближается к двум.Рекомбинация перехода моделируется путем добавления второго диода параллельно первому и установки коэффициента идеальности обычно равным двум.

Принципиальная схема модели с двойным диодом, включая паразитный ряд и шунтирующие сопротивления

Уравнение модели двойного диода при освещении:

 

J=JL-J01{exp[q(V+JRs)kT]-1}-J02{exp[q(V+JRs)2kT]-1}-V+JRsRshunt

Практические измерения уравнения освещенности затруднены, так как небольшие колебания интенсивности света подавляют эффекты второго диода.Поскольку уравнение двойного диода используется для характеристики диода, чаще всего рассматривают уравнение двойного диода в темноте.

 

J=J01{exp[q(V-JRs)kT]-1}+J02{exp[q(V-JRs)2kT]-1}+V-JRsRshunt

Как в светлом, так и в темном случае члены экспоненты -1 обычно игнорируются, поскольку это значительно упрощает анализ.

При освещении:

 

J=JL-J01exp[q(V+JRs)kT]-J02exp[q(V+JRs)2kT]-V+JRsRshunt

В темноте:

 

J=J01exp[q(V-JRs)kT]+J02exp[q(V-JRs)2kT]+V-JRsRshunt

Уравнение двойного диода в темноте представлено ниже:

График, показывающий модель с двойным диодом.Модель с одним диодом окрашена в красный цвет. На синей кривой добавлен второй диод с коэффициентом идеальности 2. Зеленая кривая включает паразитные потери сопротивления R SERIES и R SHUNT , а также модель с двойным диодом. Устройство, выделенное красным цветом, включает последовательное сопротивление и сопротивление шунта. Нажмите на график для числовых данных.

Ограничения модели с двойным диодом

В реальных кремниевых устройствах компоненты рекомбинации являются сложной функцией концентрации носителей.Например, в высокоэффективных солнечных элементах PERL, когда количество носителей увеличивается с приложенным напряжением, рекомбинация на задней поверхности резко меняется с напряжением. В таких случаях анализ лучше всего выполнять с помощью одного диода, но при этом допускается изменение как коэффициента идеальности, так и тока насыщения в зависимости от напряжения. В таких случаях, которые довольно распространены в кремниевых устройствах, подгонка двойного диода дает ошибочные значения.

Почему диод подключен параллельно катушке реле? — Область электроники

Целью диода , подключенного параллельно катушке реле (диод маховика или диод свободного хода), является предотвращение повреждения некоторых близлежащих компонентов, чувствительных к высоким Напряжение.Это напряжение генерируется в катушке, когда ток прерывается.

Диод предназначен для того, чтобы позволить току, протекающему через катушку, продолжать циркулировать, когда реле отключено.

Как работает диод, подключенный параллельно катушке реле?

1 – Когда реле активно, через катушку протекает ток. Через диод не проходит ток, поскольку он имеет обратную полярность.

2 – Когда реле деактивировано, катушка пытается поддерживать ток.Поскольку ток не может циркулировать, параллельно катушке размещается диод. Таким образом, ток циркулирует через диод, а пики напряжения не повреждают другие компоненты схемы.

Катушки имеют очень интересную особенность. Если ток резко прекращается, напряжение в катушке меняет полярность, так что ток продолжает циркулировать. (Это занимает ограниченное время).

Какими электрическими характеристиками должен обладать диод?

Диод должен выдерживать напряжение питания.Если реле подключено к источнику питания 24 В, диод должен поддерживать 24 В плюс запас прочности.

Диод должен выдерживать величину тока, проходящего через катушку реле, когда оно активно. Этот ток проходит через диод, когда реле деактивировано.

Пример работы диода, включенного параллельно катушке реле.

Мы собираемся активировать 12-вольтовое реле с помощью транзистора NPN 2N3904.

Работа диода параллельно с реле при активации транзистором (реле показано частично)

1- Для активации реле: транзистор входит в область насыщения и появляется напряжение 0.1 вольт между клеммами коллектор-эмиттер. (транзистор насыщается). Ток (I), протекающий через катушку L, ограничен ее внутренним сопротивлением (R).

Зная, что напряжение питания составляет 12 В и что напряжение коллектор-эмиттер транзистора VCE = 0,1 В, реле имеет между выводами 12 В – 0,1 В = 11,9 В.

2- Чтобы отключить реле: транзистор переходит в зону отсечки (транзистор не проводит) и на клеммах диода (D) есть 0,6 В.

Напряжение коллектора транзистора составляет 12 В + 0,6 В = 12,6 В, а ток (I) в катушке проходит через диод.

Когда оставшийся ток проходит через диод, напряжение коллектора транзистора снова составляет 12 В, а диод имеет обратную полярность. (реле не активировано).

Нужно ли параллельно использовать блокирующие диоды для солнечных панелей?

Один из вопросов, возникающих в последнее время: нужно ли параллельно использовать блокировочные диоды для солнечных батарей? Мы все ищем максимальную производительность от наших солнечных батарей.Потому что поддержание этих очень дорогих аккумуляторов в отличном состоянии идет рука об руку с этой целью.

Я рассмотрю, как блокирующие диоды могут способствовать этому, спросив, для чего они нужны? Когда и нужно ли использовать блокировочный диод с параллельными соединениями. Если да, то какой размер потребуется?

И, наконец, небольшой обзор обходных диодов и того, для чего они используются в параллельном массиве. Итак, давайте посмотрим, что же из себя представляют эти диоды!!

Нужно ли параллельно использовать блокировочные диоды для солнечных панелей?

«Вам не нужны блокировочные диоды при параллельном подключении солнечных панелей.Потому что, если массив подключен к солнечному контроллеру заряда, контроллер имеет один встроенный. Если солнечные панели, соединенные параллельно, не используют солнечный контроллер заряда, требуется блокировочный диод».

Для чего нужен блокировочный диод?

Видео из мира «Сделай сам» Как работает блокирующий диод и тестирование диода с помощью мультиметра

Фотоэлектрические системы используют блокирующие диоды, когда они используются для зарядки аккумулятора.Все электрические системы имеют одинаковую характеристику в том, что;

Ток проходит от точки с самым высоким напряжением в системе к точке с самым низким напряжением.

В течение дня напряжение от солнечных батарей обычно выше, чем от аккумулятора. Это означает, что поток напряжения и тока естественным образом притягивается к аккумулятору.

В условиях очень низкой освещенности и ночью, когда нет тока от панелей. Батарея является точкой с самым высоким напряжением, а солнечные панели — с самым низким.

Заряд от аккумулятора может просачиваться обратно в солнечные батареи; блокировочный диод предотвращает это. Это верно для всех соединений солнечной панели с аккумулятором. Будь то одна панель или панели, соединенные последовательно или параллельно.

Примечание о портативных солнечных зарядных устройствах

Небольшое замечание, если вы любитель пеших прогулок. турист, турист или просто наслаждайтесь жизнью на свежем воздухе. И вы думаете о покупке портативного солнечного зарядного устройства, чтобы ваш смартфон и электроника были заряжены.Убедитесь, что в распределительной коробке USB есть встроенный блокировочный диод.

Потому что, если вы случайно оставите его подключенным к зарядному устройству ночью, вы можете проснуться с разряженной батареей. Кроме того, если вы прикрепите его к своему рюкзаку, и он станет затененным, вы можете потерять больше заряда, чем получить.

До появления солнечных контроллеров заряда блокирующий диод должен был быть установлен между батареей и панелью. В наши дни, помимо необходимости использования контроллера солнечного заряда, чтобы предотвратить перезаряд батареи.Он вам также понадобится, потому что, как я упоминал ранее, он имеет встроенные блокировочные диоды.

Существуют ли обстоятельства, при которых может потребоваться блокировочный диод?

Для большинства автономных солнечных установок, где панели заряжают аккумулятор. Контроллер солнечного заряда отлично справится с этой задачей. Но там, где у вас могут быть две панели, подключенные параллельно, и затенение происходит в разное время дня. Вы можете рассмотреть возможность установки блокирующего диода.

Например, если у вас есть установка для подачи электроэнергии в сарай с V-образной наклонной крышей.Возможно, вы установили солнечные панели с обеих сторон крыши. Это может означать, что одна сторона крыши затенена утром, а другая сторона освещена солнечным светом. И наоборот во второй половине дня.

В этом случае вы можете захотеть запретить панели в тени получать питание от панели на солнце. Установка блокирующего диода между двумя панелями отрезала бы затененную панель от панели, находящейся под солнечным светом. Это сделало бы систему более эффективной, направляя весь доступный ток на батарею.

Конечно, всегда можно выбрать более дорогой вариант. Установив контроллер заряда солнечной батареи для каждой отдельной солнечной панели.

Гибридные ветровые и солнечные системы

Возможно, вы захотите сделать то же самое с гибридной комбинацией ветряных турбин с солнечными панелями. Поместите диод между турбиной и батареей, чтобы убедиться, что ток больше никуда не уходит. Конечно, он вам не понадобится для солнечной панели из-за контроллера заряда солнечной батареи.

Если вы хотите узнать больше о соединении солнечных панелей, вы можете сделать это здесь;

Связанный == >>>>>>>>>> Есть ли способ соединить портативные солнечные панели вместе?

Блокирующий диод какого размера мне понадобится для солнечных панелей, соединенных параллельно?

Вы должны убедиться, что диод, который вы установите, выдержит ток и напряжение, протекающие через него. Вы должны убедиться, что мощность диода больше, чем вам требуется.Потому что в любой электрической системе всегда есть колебания и их нужно учитывать.

Самый простой способ расчета для использования с параллельными солнечными панелями

Рекомендуется, чтобы вы нашли профессионала для измерения вольт и ампер в параллельных массивах
Итак, как вы это сделаете, не затруднившись найти его.

Если все ваши панели имеют одинаковую мощность, напряжение и силу тока, посмотрите характеристики ЛОС.Это напряжение холостого хода. Давайте рассмотрим пример двух 12-вольтовых 100-ваттных панелей с VOC 21,2 В каждая.

Поскольку вы используете параллельное соединение, напряжение останется тем же 21,2 В VOC. Но мощность усилителя для двух панелей будет вдвое выше, чем для отдельных панелей.

Вы не хотите, чтобы профессионал измерял мощность усилителя. И вы не совсем доверяете тому, что говорит вам ваш контроллер заряда. Самый простой способ — посмотреть на максимальный рабочий ток отдельных панелей или IMP.Что составляет 5,70 А, а затем умножить на 2 равно 11,4 А.

Просто чтобы вы знали, что я использую спецификации Renogy 100w Eclipse Solar Panels. Таким образом, VOC составляет 21,2 В, а IMP для двух панелей, подключенных параллельно, составляет 11,4 А. Но и вольты, и амперы могут достигать более высоких уровней.

Если вы хотите взглянуть на Renogy Eclipse, вы можете сделать это здесь;

Связанный == >>>>>>>>>> Чемодан Eclipse 100 Вт на солнечных батареях — обзор монопанели 12 В

Создание зоны безопасности

Итак, теперь вам нужно создать запас прочности, потому что вы не хотите жареных диодов.Поля должны быть в два раза выше, чем у VOC, и на 50% выше, чем у параллельного IMP.

Таким образом, размер блокирующего диода, который вам понадобится для этой конкретной параллельной решетки, будет 45 В 20 А. Просто чтобы вы знали, что многие из них описываются как двойные диоды Шоттки. Они выполняют двойную функцию, являясь блокирующими и шунтирующими диодами.

Вы можете купить их на Newark.com. (Просто чтобы вы знали, что это не партнерская ссылка)

 Что побуждает меня коротко рассказать об обходных диодах

Что такое обходной диод?

Затенение может быть проблемой как для отдельных солнечных панелей, так и для панелей, соединенных последовательно или параллельно.Не так уж плохо для панелей, соединенных параллельно. Так как подключений достаточно для того, чтобы остальные панели продолжали работать на полную мощность. Даже если один полностью затенен.

А вот панели, соединенные последовательно, могут вообще выйти из строя, если одна из панелей заштрихована. На отдельные панели также влияет тень, что может привести к потере мощности до 75%. Но как бороться с эффектом тени? потому что это происходит.

Здесь на помощь приходит обходной диод.Обычно встраивается в солнечную панель в распределительной коробке. Хотя эффект тени не останавливается, он, безусловно, помогает бороться с ним, поэтому производство электроэнергии продолжается.

Как работает обходной диод?

Проще говоря, когда части солнечной панели находятся в тени. Байпасный диод обеспечивает продолжение протекания тока внутри солнечных элементов по другим путям. Другими словами, как следует из названия, обойти заштрихованные солнечные элементы.

говорит SunWize;

Обходные диоды

, также известные как обратные диоды, подключены к фотоэлектрическому модулю и обеспечивают переменный ток, когда ячейка или панель становятся затененными или неисправными.Сами по себе диоды — это просто устройства, которые позволяют току течь в одном направлении. Таким образом, обходные диоды являются именно тем, чем они звучат: устройства для направления тока в обход самой солнечной панели. (Источник; sunwize.com)

Поэтому, покупая менее дорогую солнечную панель, убедитесь, что в распределительной коробке есть обходной диод. Отсутствие одного из них может быть одним из факторов, способствующих его привлекательной цене, но уродливой производительности.

Мои заключительные мысли

В 95% случаев вам не нужно будет покупать и устанавливать блокировочные диоды для использования в параллельной солнечной батарее.Солнечное зарядное устройство имеет одно встроенное устройство, поэтому вам не нужно об этом беспокоиться.

Есть обстоятельства, когда они могут нуждаться в установке, как я описал, или даже на яхте. Где одна сторона яхты находится в тени, а другая на солнце. И ничего не поделаешь из-за направления ветра, так может быть так весь день.

Если вы хотите глубже погрузиться в мир электрики солнечных батарей. Вы можете посмотреть мой пост о предохранителях и размерах здесь:

Речь идет не только о предохранителях на 50 Вт, но и о солнечных панелях мощностью от 30 до 320 Вт

Надеюсь, вам понравился этот пост и он был полезен.Если у вас есть вопросы по блокировочным диодам и параллельно подключенным солнечным панелям. Или хотите оставить свой личный отзыв, пожалуйста, оставьте комментарий ниже.

дихроичных оптических диодов передачи в двух смещенных параллельных металлических решетках | Nanoscale Research Letters

Схема структуры оптического диода представлена ​​на рис. 1. Структура состоит из двух серебряных решеток G 1 и G 2 , между которыми расположен слой кремнезема.Толщина слоя кремнезема обозначается как d . г г 1 и г и г 2 имеют одинаковую ширину щели S , ту же толщина H , и разные константы решетки λ I ( I = 1, 2) . Структура является трансляционно-симметричной, а элементарная ячейка содержит 2 единицы G 1 и 3 единицы G 2 . Δ обозначает поперечное относительное положение G 1 и G 2 в элементарной ячейке.Модель Друде [35] используется для описания диэлектрической функции серебра. Показатель преломления кремнезема составляет 1,5 без учета его дисперсии. Окружающий диэлектрик представляет собой воздух, и его показатель преломления равен 1. Нормальная падающая плоская волна p -поляризации используется для исследования эффекта оптического диода.

Рис. 1

Принципиальная схема структуры оптического диода. a Элементарная ячейка. b Общий вид

Коэффициент пропускания T оптической диодной структуры определяется следующим образом:

$$ T=\frac{p_o}{p_i}, $$

(1)

, где P i — падающая мощность, а P o — выходная мощность. T моделируется численно с использованием метода конечных разностей во временной области (FDTD) [36]. Периодические граничные условия применяются к левой и правой сторонам, а идеально согласующиеся границы слоя применяются к верхней и нижней сторонам нашей имитационной модели. T D и T U представляют коэффициент пропускания при падении вниз и при падении вверх соответственно. Свойство оптического диода описывается коэффициентом контрастности изоляции η :

$$ \eta =\frac{\left|{T}_D\hbox{-} {T}_U\right|}{T_D+{T}_U }.$$

(2)

Следовательно, η  = 1 означает лучшую производительность оптического диода.

Результаты и теоретический анализ

Коэффициенты пропускания и контрастности изоляции оптической диодной структуры показаны на рис. 2. меньше λ C . T D достигает максимального значения 0.73 и T U составляет 3,7 × 10 −3 при λ D (1315 нм). В то время как T U

U достигает максимального значения 0,82 и T D составляет 3,6 × 10 -4 на λ U (921 нм). Коэффициенты контрастности изоляции на λ D и λ U равны 0,990 и 0.999 соответственно. На рисунке 2 показано, что эффект оптического диода достигается при λ D и λ U , а два диапазона волн имеют обратное направление передачи. В диапазонах рабочих волн дихроичных диодов структура демонстрирует необычайное пропускание.

Рис. 2

Спектры передачи и коэффициент контрастности изоляции оптической диодной структуры с D = 200 нм, S = 50 нм, λ 1 = 900 нм, λ 2  = 600 нм и Δ  = 0 нм

Чтобы понять передачу дихроичного оптического диода, напряженность электрического поля | Е | 2 в двух рабочих диапазонах.Как показано на рис. 3a, d, электрическое поле усиливается между двумя решетками, когда свет проходит через структуру оптического диода. Между тем, на рис. 3b, c показано состояние обратной блокировки. Усиление электромагнитного поля между двумя решетками происходит за счет ПП на двух соседних границах раздела серебро/кремнезем. Типы ПП на двух решетках различны, они классифицируются как структурированные ПП (СПП) и индуцированные ПП (ИСП) соответственно. SSP возбуждается и генерируется на первой освещенной решетке (селекторе).ISP индуцируются на последней решетке (эмиттере) за счет связи между SPP и соседней границей раздела серебро/кремнезем. Благодаря SSP и ISP свет проходит через структуру оптического диода.

Рис. 3

Распределения напряженности электрического поля | Е | 2 для нисходящей заболеваемости на λ d = 1315 нм ( a ), взволнованность вверх по λ d = 1315 нм ( b ), падение вниз на λ U u = 921 нм ( C ), а также взволнованность вверх по λ U = 921 нм ( D )

Плотность заряда поверхности на интерфейсе Silver / Ciloxy и E y компоненты распределения электрического поля показаны на рис.4, чтобы показать функции связи SP. На рис. 4а G 1 и G 2 имеют противоположные заряды на прилегающих поверхностях, что аналогично плоскому конденсатору. В условиях падения вниз G 1 действует как селектор для возбуждения SSP на λ D . Периодическое распределение поверхностной плотности заряда показывает, что ППП определяется постоянной решетки G 1 . G 2 поддерживает ISP, вызванные SPP, и выступает в качестве эмиттера для передачи. E y между G 1 и G 2 усиливается за счет связи между SPP и ISP, как показано на рис. 4b. Для условий падения вверх, показанных на рис. 4c, d, G 2 действует как селектор, а G 1 действует как излучатель.

Рис. 4

Плотность поверхности заряда на интерфейсе серебра / кремнезема на г 1 и г 2 , при условии падения вниз на λ d = 1315 нм ( a ) и падение вверх на λ U  = 921 нм ( c ). EY Компонент электрического поля при условии падения вниз на λ D = 1315 нм ( B ) и восходящей заболеваемости на λ U = 921 нм ( D )

Как видно из рис. 4, поле пропускания является периодическим и неоднородным в горизонтальном (ось x ) направлении. Период λ ( λ = 2 λ = 2 λ 1 = 3 λ 2 ) из ​​передачи поданного распределения модулируется интегральной оптической диодной структурой и удовлетворяет 2π / λ = | g 1 -g 2 |, здесь g i — вектор решетки G i ( i  2= 1).Дифракционная эффективность решетки увеличивается при наличии ПП. Боковой волновой вектор κ проходящего света получается из суперпозиции g 1 и g 2 :

$$ \kappa =\pm \frac{2\pi }{\Lambda}= \pm \влево|{g}_1-{g}_2\вправо|, $$

(3)

И это решает критическую длину волны λ C C ( λ C = 2π / | κ |) для T D T U .Согласно уравнению (3), λ C составляет 1800 нм для нашей структуры, упомянутой выше, что хорошо согласуется с результатами моделирования λ C  = 1806 нм оптических диодных эффектов, показанных на рис. 2. появляются в диапазоне λ λ C . По результатам моделирования период интегральных решеток (1800 нм) больше рабочих длин волн диода (1315 нм и 921 нм).Компоненты дифракции нескольких порядков могут быть получены с помощью рассеяния света на интегрированных решетках. Таким образом, поле пропускания не является однородным вдоль направления, параллельного решеткам, даже при прохождении света в дальнее поле.

СПП серебряной решетки аналогичны СЧ на плоской границе раздела серебро/кремнезем, за исключением того, что СЧ являются радиационными модами [37], а СЧ полностью связаны с поверхностью. СПП можно рассматривать как СЧ на плоской границе раздела серебро/кремнезем примерно тогда, когда щели решеток чрезвычайно узки.Таким образом, дисперсионное соотношение ССП можно записать в виде [38] следующим образом: } $$

(4)

Где K 0 0 — это свободный космический волновой вектор и ɛ M и ɛ D — это диэлектрический коэффициент серебра и кремнезема, соответственно. Закон дисперсии, описанный уравнением(4) проиллюстрировано на рис. 5. Дисперсионная кривая, рассчитанная с использованием параметров модели Друде [35] в этой статье, хорошо согласуется с кривой, рассчитанной с использованием наборов данных оптических постоянных Джонсона и Кристи [39], когда энергия фотонов ниже 2,75 эВ ( λ  > 450 нм). На рис. 5 вертикальные красные и черные пунктирные линии обозначают | г 1| и | г 2 | соответственно. SSP возбуждается решеткой при выполнении условия согласования векторов [40]:

$$ \beta ={k}_0\sin \theta \pm {Ng}_i\left(N=1,2,3\dots \Правильно).$$

(5) Рисунок 5 Вертикальные красные и черные пунктирные линии обозначают модуль вектора решетки | г 1 | и | g 2 | соответственно

При нормальном падении ( θ  = 0°) дифракция первого порядка ( N  = 1) на решетке имеет наибольшую дифракционную эффективность, т.е.е., наибольшая эффективность возбуждения для ССП. Таким образом, уравнение (5) выполняется в красной и черной точках, показанных на рис. 5:

$$ \beta =\mid {g}_i\mid . $$

(6)

В структуре оптического диода G 1 является селектором для возбуждения SSP для падения вниз, а G 2 — селектором для падения вверх. G 1 и G 2 имеют разные постоянные решетки, поэтому SSP возбуждаются на разных длинах волн для обратных направлений падения.На рис. 5 энергия фотона в красной точке составляет 0,91 эВ, а длина волны равна 1365 нм, что соответствует λ D (1315 нм), показанному на рис. 2. Аналогично, энергия фотона указывает черной точкой составляет 1,04 эВ, а ее длина волны составляет 924 нм, что соответствует λ U (921 нм) на рис. 2. В качестве приближения решетки к пластине резонансные длины волн SSP, рассчитанные с использованием уравнения (4) и уравнение. (6) не совсем совпадают с моделями, смоделированными с использованием методов FDTD, показанных на рис.2.

Уравнение (5) показывает, что угол падения θ влияет на условие согласования волнового вектора решетки с SSP. При изменении θ моделируются коэффициент пропускания и контрастности изоляции при λ D (1315 нм) и λ U (921 нм на рис. , соответственно. С θ увеличивается от 0 ° до 10 °, T

D на λ D и T U на λ U Уменьшение для рассогласование волнового вектора между g i и SSP.( T 9

D на λ

D D Уменьшение до 0 Когда θ ≈ 40 ° и T U на λ U уменьшается до 0, когда θ ≈ 35 °.) В диапазоне углов инцидента 0 ° ≤ θ ≤ 5 °, T D на λ U и T U λ D почти равны 0, а η всегда больше 0.98 на обоих λ U и λ D . На рисунке 6 показано, что структура демонстрирует хороший эффект оптического диода при λ D и λ U при малоугловом падении.

Рис. 6

Влияние угла падающего на коэффициент контрастности на передаче и изоляции на λ D = 1315 нм ( A ) и λ U = 921 нм ( b )

Исследование и обсуждение

В этом разделе мы исследуем влияние параметров структуры на спектры пропускания и коэффициент контрастности изоляции.

Толщина прослойки d и поперечное взаимное расположение решеток Δ ограничены точностью изготовления. Влияние d и Δ на спектры пропускания и коэффициенты контрастности изоляции показано на рис. 7 и 8 соответственно. На рисунке 7 показано, что рабочие полосы волн оптического диода демонстрируют небольшое красное смещение, когда d увеличивается. При этом максимальное значение T D уменьшается очень незначительно, но максимальное значение T U уменьшается значительно.Увеличение d удлинит расстояние передачи света через структуру, ослабит электромагнитное взаимодействие между G 1 и G 2 и ухудшит плотность заряда, индуцированного на поверхности эмиттера. Как видно из рис. 4, заряды, распределенные по углам щелей эмиттера, действуют как электрические диполи, являющиеся источниками пропускающего поля. Плотность заряда в углах щелей эмиттера G 2 (рис. 4а) значительно больше, чем в углах щелей эмиттера G 1 (рис.4в), поэтому d меньше влияет на максимальное значение T D , чем T U . Кроме того, с увеличением d в T U появляются небольшие пики, отмеченные как FP 1 и FP 2 , а пик пропускания FP 1 демонстрирует большое красное смещение. Напряженность электрического поля | Е | Распределения 2 доказывают, что FP 1 и FP 2 являются результатом резонансов Фабри-Перо.

Рис. 7

Влияние d на спектры пропускания и коэффициент контрастности изоляции. D = 220 нм ( A ), D = 240 нм ( B ), и D = 260 нм ( C ), когда S = H = 50 нм, λ 1  = 900 нм, Λ 2  = 600 нм и Δ  = 0 нм. На вставках — распределения напряженности электрического поля | Е | 2 для восходящих резонансов передачи

Рис.8

Влияние Δ на спектры пропускания и коэффициент контрастности изоляции. δ = 50 нм = λ λ 2 /12 ( A ), δ = 100 нм = λ 2 /6 ( b ), и δ = 150 нм = λ 2 /4 ( C ) Когда D = 200 нм, S = H = 50 нм, λ 1 = 900 нм и λ 2 = 600 нм.Вставки в ( b ) E y распределения для восходящих резонансов передачи

± M Λ 2 /2 (0 нм < a  < Λ 2 /2 и M  = 0, 1, 2…). Кроме того, элементарная ячейка Δ  =  a флип-симметрична влево-вправо с ячейкой Δ =  −  a  ± M Λ

6 2
2
2
.Таким образом, пропускание оптической диодной структуры влияет на δ AS: T ( δ ) = T ( Δ + λ 2 /2) = T (- Δ  +  Λ 2 /2). Как показано на рис. 8, эффект оптического диода при λ ~921 нм включается и выключается в течение периода Λ 2 /2 по мере увеличения Δ . Однако пик пропускания T D демонстрирует небольшое синее смещение, а эффект оптического диода при λ ~ 1315 нм всегда присутствует, когда Δ увеличивается.На рис. 8а видно, что новый пик пропускания λ N появляется на кривой T U вблизи λ U . Когда δ увеличивается с λ 2 / от 12 до λ / от 12 до λ 2 /6, пик на λ N N демонстрирует Blueshift, в то время как пик на λ U имеет красное смещение (рис. 8а, б). На рис.8б. По результатам моделирования резонанс на λ N возникает из-за расщепления энергии. При увеличении Δ до Λ 2 /4, показанном на рис. 8в, T U подавляется и исчезают два резонанса пропускания, что приводит к выключению эффекта оптического диода при 7 λ 921 нм.

Согласно теоретическому анализу рабочий диапазон оптического диода может быть получен в определенном диапазоне за счет оптимизации параметров решетки.Рисунок 9 показывает, что дихроичевая оптическая передача диода достигается в видимом диапазоне света со структурой параметров D = 100 нм, λ 1 = 450 нм, λ 2 = 300 нм, с = h  = 30 нм и Δ  = 0 нм. Максимальные коэффициенты пропускания диапазонов передачи дихроичных диодов составляют 80 % (при 522 нм при падении вверх) и 71 % (при 732 нм при падении вниз), а соответствующие коэффициенты контрастности изоляции η равны 0.998 и 0,993.

Рис.

Рис.

Спектры передачи и соотношение контрастности изоляции для оптической диодной структуры с D = 100 нм, λ 1 = 450 нм, λ 2 = 300 нм, S = h  = 30 нм и Δ  = 0 нм

Кроме того, компонент элементарной ячейки в нашей структуре также влияет на явления оптического диода. Согласно уравнению (5) полосы волн диодного эффекта зависят от Λ 1 и Λ 2 .В наших исследованиях мы выбираем элементарную ячейку, состоящую из 2 единиц г г г и 3 единицы г 2 , I.E., 2 λ 1 = 3 λ 2 , в чтобы одновременно получить высокие коэффициенты пропускания и хорошие коэффициенты контрастности изоляции в диапазонах волн оптических диодов. Например, на рис. 10 показано дихроичное пропускание структуры оптического диода с ее элементарной ячейкой, состоящей из 3 элементов G 1 и 4 элементов G 2 .Эффект оптического диода достигается при 530 нм с T U  = 72% и 659 нм с T U  = 76%. Коэффициенты контрастности изоляции на двух длинах волн снижаются до 0,912 и 0,987, поскольку разница | г 1 | и | г 2 | мал, и решетка, действующая как селектор, может возбуждать ТКП обеих решеток с разной эффективностью. Кроме того, при Λ 1  = 2 Λ 2 резонанс передачи ПП в структуре оптического диода, обусловленный дифракцией первого порядка G второго 2 , также может возбуждаться порядок дифракции G 1 для 2 g 1  =  g 2 , что уменьшит коэффициент контрастности изоляции.Таким образом, хорошее свойство оптического диода требует, чтобы две постоянные решетки имели достаточную разницу и избегали целочисленного кратного соотношения.

Рис.

0 comments on “Параллельный диод: 16. Параллельное и последовательное соединение диодов

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.